Изобретение относится к устройствам, генерирующим колебания в проточной жидкой среде, для получения аэрозолей из растворов и жидкостей, газожидкостных смесей, эмульсий, дисперсий, которые применяются в распылительных сушилках для орошения при мокром пылегазоулавливании, и может использоваться в химической, пищевой, микробиологической, строительной, машиностроительной, металлургической, нефтегазовой, нефтеперерабатывающей [1] и других отраслях промышленности.
Известен струйный гидродинамический излучатель типа гидродинамической сирены [2], содержащий рабочую камеру, ротор с лопатками, статор, причем рабочая камера в ней разделена на две акустические связанные полости, сообщающиеся между собой каналами для дополнительной обработки жидкости свистками Польмана.
Данный роторный аппарат предназначен для обработки жидкости в жидкости, суспензии, распыления жидкости в атмосферу и т.д.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность, обусловленная недостаточной скоростью рабочей среды в выходном сечении отверстий ротора.
Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний [3] имеет несколько рядов отверстий в роторе и статоре, причем с целью увеличения частоты акустических колебаний отверстия одного ряда сдвинуты относительно другого. При таком выполнении отверстий частота акустических колебаний возрастает, а интенсивность (или акустическое давление) уменьшается. Так как воздействующим фактором на процесс является интенсивность колебаний, то необходимо увеличить не частоту, а интенсивность.
Устройство [3] является по своей технической сущности и большинству общих существенных признаков наиболее близким к заявляемому техническому решению.
Недостатком прототипа является низкая эффективность, что определяется недостаточной скоростью рабочей среды в отверстиях ротора и статора.
Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в известном струйном гидродинамическом излучателе акустических колебаний, содержащем корпус и соосные ротор и статор с отверстиями в их боковых стенках, согласно изобретению отверстия ротора выполнены в виде двух последовательных каналов разного сечения с выходным сечением отверстия большим, чем входное сечение.
Анализ известных заявителю струйных гидродинамических излучателей акустических колебаний показывает, что в научно-технической и патентной литературе нет аналогичных устройств, содержащих ту же совокупность существенных признаков, что и заявляемое техническое решение. Следовательно, заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию "новизна".
Наличие отличительных существенных признаков, позволяющих получить положительный по сравнению с прототипом эффект, дает основание утверждать, что заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 изображен предлагаемый излучатель в разрезе.
На фиг. 2 - ротор, осевой разрез.
На фиг. 3 изображена схема расположения отверстий на внешней боковой поверхности ротора.
На фиг. 4 - вид отверстий-каналов в роторе; разрез, перпендикулярный оси его вращения.
На фиг. 5 - статор, осевой разрез.
На фиг. 6 - схема расположения отверстий на боковой поверхности статора и внутренней боковой поверхности ротора.
На фиг. 7 - вид отверстий-каналов в статоре; разрез, перпендикулярный оси его вращения.
На фиг. 8 - вид функции l/d(l1/l), где d - средний размер диспергированных частиц в эмульсии; l1 - длина узкого канала в отверстии ротора; l - полная длина отверстия ротора.
Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний содержит корпус 1, в котором крепится ротор 2 с отверстиями 3 в боковой стенке 4; статор 5 с отверстиями 6 в боковой стенке 7; крышку 8 ротора 2; уплотнение 9; обтекатель 10; входной трубопровод 11; лопатки 12; кольцо жесткости 13; вал привода 14. Корпус, ротор, статор, крышка, обтекатель являются телами вращения.
Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний работает следующим образом. При работе аппарата вращающий момент на корпус 1 передается от двигателя через вал 14. Вал 14 жестко прикреплен к корпусу 1. На корпусе 1 крепится ротор 2, который вращается вместе с корпусом 1 с заданной скоростью. Обрабатываемая среда под давлением по трубопроводу 11 через отверстие 15 в крышке 8 ротора 2 поступает в полость 16, образованную поверхностью отверстия 15, поверхностью дна 17 статора 5, внутренней боковой поверхностью 18 статора 5 и частью внутренней поверхности 19 корпуса 1. Жидкость из полости 16 разбрызгивается в межлопаточное пространство 20 через модулятор, образованный отверстиями 6 статора 5, отверстиями 3 ротора 2 и радиальным зазором 21 между статором и ротором. В процессе открывания отверстий 3 ротора 2 при их совмещении с отверстиями 6 статора 5 уменьшается гидравлическое сопротивление, и скорость жидкости увеличивается. В процессе закрывания отверстий 3 ротора, когда гидравлическое сопротивление становится равным перепаду давлений на модуляторе, ускоренное движение жидкости прекращается. В дальнейшем сопротивление резко возрастает и соответственно увеличивается по модулю отрицательное ускорение течения жидкости.
Для достижения поставленной цели отверстия-каналы в роторе к выходу сужаются (фиг. 4). Скорость струи на выходе соответственно увеличивается, увеличивается и модуль амплитуды отрицательного ускорения течения жидкости на выходе отверстия и в струе. При отрицательных ускорениях течения жидкости возникают отрицательные импульсы давления. Имеющиеся микропузыри свободного газа в технологической жидкости в отрицательном импульсе давления резко расширяются и затем радиально пульсируют, образуя кавитационную зону в широкой части 22 отверстия-канала 3 ротора 2, а в узкой части 23 этого же канала формируется пульсирующая вдоль оси, то есть по расходу, струя, насыщенная радиально пульсирующими пузырями, что приводит к радиальным пульсациям струи. Эти два фактора ведут к усилению неустойчивости струи, вытекающей в межлопаточное пространство 20, где струя распадается на более мелкие капли, чем стационарная струя некавитирующей жидкости.
Для уменьшения гидравлического сопротивления излучателя переход от широкого канала к узкому каналу в отверстии ротора выполняется постепенным, сглаженным (фиг. 4).
Как показывают опыты по диспергированию масла в воде (фиг. 8), существует оптимальное соотношение между длиной узкого канала l1 в отверстии ротора и полной длиной l отверстия ротора, при котором акустические колебания наиболее интенсивны, и дисперсность получаемой эмульсии максимальна. Данный экспериментальный факт слабо зависит от диспергируемых компонентов и режимов работы излучателя. Оптимальной является связь l1/l=0,40±0,15.
Сущность предлагаемого технического решения не изменится, если ротор и статор поменять местами.
Пульсация расхода жидкости через модулятор, пульсация пузырей и кавитационной струи с пузырями приводят к комплексному повышению эффективности распыления жидкости в атмосферу (при получении аэрозоля) или в жидкость (при получении эмульсий) с помощью заявляемого струйного гидродинамического излучателя.
Отверстия в роторе и статоре расположены в несколько рядов, причем с целью увеличения амплитуды отрицательного импульса давления отверстия в рядах по высоте ротора и статора расположены друг под другом. При таком исполнении все отверстия одновременно открываются и закрываются, а жидкость вытекает под действием силы, возникающей из-за максимального перепада давлений жидкости в статоре и в атмосфере, что ведет к увеличению интенсивности пульсации струи и большей ее устойчивости.
В результате того, что на рабочих поверхностях статора (внешняя по отношению к оси вращения поверхность) и ротора (внутренняя по отношению к оси вращения поверхность) отверстия имеют больший диаметр, чем диаметр выходного внешнего отверстия, время увеличения скорости и максимальная скорость возрастают, а на выходе отверстия ротора скорость еще больше увеличивается, возникающий отрицательный импульс давления также возрастает по модулю, что приводит к увеличению амплитуды радиальных пульсаций пузырей и струи, неустойчивости и дисперсности аэрозоля.
Как показывает опыт, увеличение дисперсности аэрозоля ведет к следующим основным положительным эффектам:
увеличение степени очистки газов, в том числе и преимущественно, что особенно важно, в интервале микронных и субмикронных размеров частиц независимо от их адгезионных свойств;
уменьшение удельного расхода жидкости для очиcтки газов.
Использование одного излучателя обеспечит очистку любого количества отходящих газов и приведет к улучшению экологической ситуации в промышленной зоне и экономии разбрызгиваемой жидкости: воды при очистке от пыли или растворителя при извлечении газовых компонентов.
Источники информации
1. Холпанов Л.П., Запорожец Е.П., Зиберт К.Г. и др. Математическое моделирование нелинейных термогазодинамических процессов в многокомпонентных струйных течениях.- М.: Наука, 1998.- 320 с.
2. А.c. СССР N 238918, кл. 42 S 1/20, МКИ В 06 В 1/20, 1969.
3. А.c. СССР N 732026, МКИ В 06 В 1/20, 1978.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
РОТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ | 1999 |
|
RU2170146C2 |
РОТОРНО-ИМПУЛЬСНЫЙ АППАРАТ | 1999 |
|
RU2170611C2 |
ВИХРЕВОЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР | 1999 |
|
RU2162376C1 |
РОТОРНЫЙ АКСИАЛЬНЫЙ КОНФУЗОРНЫЙ АППАРАТ | 1999 |
|
RU2161539C1 |
РЕЗОНАНСНЫЙ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ДИСПЕРГАТОР | 1994 |
|
RU2081691C1 |
Струйный гидродинамический излучатель | 1991 |
|
SU1796279A1 |
Роторный аппарат | 1984 |
|
SU1240440A1 |
РОТОРНЫЙ АППАРАТ | 2008 |
|
RU2398624C2 |
Роторный аппарат | 1984 |
|
SU1247071A1 |
РОТОРНЫЙ АППАРАТ | 2002 |
|
RU2225250C2 |
Изобретение относится к устройствам, генерирующим колебания в проточной жидкой среде, для получения аэрозолей из растворов и жидкостей, газожидкостных смесей, эмульсий, дисперсий и может использоваться в химической, пищевой и других областях промышленности. Повышение эффективности работы достигается за счет того, что струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний содержит корпус и соосные ротор и статор в виде тел вращения с отверстиями в их боковых стенках. Отверстия ротора выполнены с двумя участками разного сечения с выходным сечением отверстия, меньшим, чем входное сечение. Участки ротора плавно сопряжены. Длина l1 узкого участка отверстия ротора и полная длина l отверстия ротора выбраны из соотношения l1/l = 0,40 ± 0,15. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Динамическая сирена | 1978 |
|
SU732026A1 |
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Роторно-вихревой акустический излучатель | 1989 |
|
SU1606203A1 |
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
Струйный гидродинамический излучатель | 1991 |
|
SU1796279A1 |
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
Роторный акустический излучатель | 1989 |
|
SU1629110A1 |
Кипятильник для воды | 1921 |
|
SU5A1 |
Гидроакустическая сирена | 1975 |
|
SU542570A1 |
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков | 1922 |
|
SU6A1 |
ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ | 0 |
|
SU283716A1 |
Способ восстановления хромовой кислоты, в частности для получения хромовых квасцов | 1921 |
|
SU7A1 |
СПОСОБ УДАЛЕНИЯ АЗОТА ИЗ СТОЧНОЙ ЖИДКОСТИ | 2009 |
|
RU2402494C2 |
Топка с несколькими решетками для твердого топлива | 1918 |
|
SU8A1 |
БУМАЖНО-СЛОИСТЫЙ ПЛАСТИК (ВАРИАНТЫ) | 2013 |
|
RU2521015C1 |
Авторы
Даты
2000-09-27—Публикация
1999-03-12—Подача